先进制造航空部件残余应力处理方法汇总.docx

航空部件中铝合金残余应力去除方法 1.应用背景 INCLUDEPICTURE \d C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\575777940\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\%NA4IFBVCGEJCX@UFFLU2)7.png \* MERGEFORMATINET  飞机机体材料使用情况 INCLUDEPICTURE \d C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Roaming\\Tencent\\Users\\575777940\\QQ\\WinTemp\\RichOle\\(2@WRELUJ08403D_J4V(AWQ.png \* MERGEFORMATINET  先进大飞机所用的结构材料的质量比重 现代飞机使用的主要材料有铝合金、钛合金、合金钢以及复合材料（碳纤维增强塑料、金属纤维板材等）。尽管钛合金和复合材料的使用比例逐年攀升，但铝合金自身的材料性能特点以及成熟的金属材料的机加工、塑性成形等技术优势，其在航空航天工业中仍将广泛应用，并且不可或缺。 一：残余应力的检测方法： X 射线衍射法 检测原理：当对构成工件材料的各晶粒施加弹性应力时，晶粒内特定晶面之间的间距就会发生变化，对其进行测量。选用一定波长的 X 射线，使其入射工件，当 X 射线入射到原子上时，即发生各向散射，而如果原子是三维规则排列，则在特定条件下，散射的 X 射线发生相互叠加增强的衍射现象，该现象被成为布拉格定律（Braggs law），是由英国物理学家布拉格父子于 1912 年首先推导出来的。 晶面上的 X 射线衍射 中子衍射法 中子衍射法同样属于无损检测。其原理大致如下：利用中子衍射仪测量晶胞中的晶格之间的距离，从晶格之间距离的改变，求出弹性应变，再根据应变求应力。通过平移工件的方式，使其穿过中子束，由此测得不同位置的应变，不同位置的应力即可求出。 布拉格散射示意图 二．残余应力的消除工艺与方法 若采用上述抑制与减少铝合金件残余应力产生的措施后仍然无法满足有关设计要求 ,必须安排专门的消除残余应力工艺。 下面分析各种消除铝合金中残余应力的工艺方法特点、效果及适用场合。 2. 1 时效处理法 时效处理法是降低淬火残余应力的传统方法。由于铝合金材料对温度非常敏感 ,时效温度的提高 ,必然明显降低强度指标 ,使 Mg Zn2 等强化相析出过多 ,产生??时效现象 ,因此 ,淬火后时效处理通常在较低温度 (小于 200～ 250℃ )下进行 , 从而使得消除去应力的效果仅为 10% ～ 35% ,非常有限。 国际上有关学者正致力于研究逆向时效法与二次时效法等先进工艺来改进其应力消除效 2. 2 机械拉伸法 械拉伸法消除应力的原理是将淬火后的铝合金板材 ,沿轧制方向施加一定量的永久拉伸塑性变形 ,使拉伸应力与原来的淬火残余应力叠加后发生塑性变形 ,使残余应力得以缓和与释放。有关研究结果表明 ,机械拉伸法最高可消除 90% 以上的残余应力。 图 1为拉伸变形量与残余应力消除效果的对应关系 ,拉伸 (压缩 )塑性变形量一般控制在 1. 5% ～ 3. 0% 为宜[ 1]。但该种方法仅适合于形状简单的零件 ,且对拉伸前铝合金板材的组织均匀性要求较高 ,多用于原材料生产厂家。 图1 拉伸变形量对 2014-T 6与 7075-T6 残余应力消除效果的影响 ( 44. 5mm ) 2. 3 深冷处理法 Quench )与冷热循环法 ( Cy clic Treatm ent )两种。 其中深冷急热法是将含有残余应力的零件浸入-196℃的液氮中深冷 ,待内外温度均匀后又迅速地用热蒸汽喷射 ,通过急热与急冷产生方向相反的热应力 ,借此抵消原来的残余应力场。有关研究表明 ,在选择合适的工艺参数条件下 ,深冷急热法可降低高达 84% 的残余应力。图 2表示不同深冷处理工艺对应的 2014-T 6铝合金淬火残余应力消除效果[6 ]。有关研究进一步证实 ,深冷处理时冷热温差愈大 ,加热速率愈快 ,应力消除效果愈好。 相对而言 ,冷热循环法是指在慢速交换条件下在低温液氮与高温液体之间进行冷热交换 ,适合于内含线膨胀系数差别很大金相组织的铝合金。 深冷处理的最大优点是在有效消除残余应力的同时 ,可改善材料的强度、硬度、耐磨性与组织稳定性。 由于深冷处理对零件的尺寸与形状没有限制 ,因此适合于形状复杂的模锻件与铸件。在切削加工前进行深冷处理还可明显改